輕鋼龍骨吊頂撓度試驗(yàn)研究*

張壯南　白景帥　李幗昌　譚振東

(沈陽建筑大學(xué),， 沈陽　110168)

摘　要：輕鋼龍骨質(zhì)輕,、高強(qiáng)、施工簡便,，因而廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中,。為給輕鋼龍骨吊頂撓度限值的研究提供一定的試驗(yàn)依據(jù)，對輕鋼龍骨吊頂?shù)膿隙冗M(jìn)行試驗(yàn)研究,。共設(shè)計(jì)7個(gè)試件,，主、副龍骨選用U38,、C50兩種截面形式,，以主、副龍骨的跨度為主要變化參數(shù),，分析不同跨度下龍骨的破壞特征,、荷載-撓度曲線。試驗(yàn)結(jié)果與理論值吻合較好,；跨度大于1 200 mm的情況下,，主龍骨容易發(fā)生彎扭失穩(wěn)，副龍骨不發(fā)生失穩(wěn),，實(shí)際工程中應(yīng)使龍骨跨度不大于1 200 mm,。

關(guān)鍵詞：輕鋼龍骨； 吊頂,； 撓度,； 試驗(yàn)研究

輕鋼龍骨是以鍍鋅鋼帶或薄鋼板由特制軋機(jī)以多道工藝軋制而成的[1]。它可適配各種質(zhì)地的板材,，具有通用性好,、裝配方便等特點(diǎn)[2]。鋼結(jié)構(gòu)建筑室內(nèi)裝修一體化在國內(nèi)外發(fā)展迅速，其中吊頂作為室內(nèi)裝飾裝修的一部分在裝修一體化中扮演重要角色,。近年來我國正推動(dòng)裝修一體化,，不斷發(fā)展成品住宅，使住宅產(chǎn)業(yè)可以得到持續(xù)長久的發(fā)展[3],。鋼結(jié)構(gòu)建筑輕鋼龍骨吊頂撓度的研究在國內(nèi)外較少,，目前還沒有規(guī)范給出相應(yīng)的撓度限值，在實(shí)際工程中,，僅憑借經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行施工,。針對此問題，本文進(jìn)行了輕鋼龍骨吊頂撓度的試驗(yàn)研究,，其意義在于：分析了輕鋼龍骨吊頂在常用跨度下的一些破壞形式,；試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可為輕鋼龍骨吊頂撓度限值的研究提供分析依據(jù)。

1　試驗(yàn)研究

1.1　試件設(shè)計(jì)

共設(shè)計(jì)了7個(gè)試件,，主,、副龍骨選用U38、C50兩種截面形式,，輕鋼龍骨吊頂如圖1所示,所采用的斷面形式見圖2，其中U形龍骨為承載龍骨,，C形龍骨為覆面龍骨,。本文以角鋼代替樓板，通過角鋼位置的變化改變主龍骨與副龍骨的跨度,。SJ-1,、SJ-2、SJ-3和SJ-4通過主龍骨跨度的變化測量其撓度,，SJ-5,、SJ-6和SJ-7通過改變副龍骨的跨度測量其撓度。龍骨主要參數(shù)如表1所示,。

圖1　輕鋼龍骨吊頂

1.2　材性試驗(yàn)

本試驗(yàn)所用鋼材的材性試驗(yàn)在液壓式材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,，試件加工制作時(shí)在龍骨同批次的鋼材上取2組試樣，根據(jù)GB/T 6397—1986《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》[4]對試樣沿縱向進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn),，鋼板拉伸試樣見圖3,，單向拉伸試件的材性試件加工參數(shù)如表2所示。測試方法依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》[5]的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行,，測得鋼材的性能指標(biāo)如表3所示,。

a—U形龍骨；b—C形龍骨,。
圖2　輕鋼龍骨斷面形式

表1　龍骨主要參數(shù)

試件編號副龍骨跨度/mm主龍骨跨度/mmSJ-11000900SJ-210001200SJ-310001500SJ-410001800SJ-59001200SJ-611001200SJ-712001200

圖3　鋼板拉伸試樣

表2　單向拉伸試件的加工參數(shù)

mm

試件類別鋼材等級a0b0L0LrDHC主龍骨Q2351208090204015020副龍骨Q2350.5208090204015020

表3　鋼材性能指標(biāo)

試件類別屈服強(qiáng)度/MPa極限強(qiáng)度/MPa彈性模量/MPa泊松比延伸率/%主龍骨263.5316.72.02×1050.28322.7副龍骨274.2327.41.98×1050.25121.9

1.3　試件邊界條件及試驗(yàn)加載的制度

主龍骨和副龍骨邊界條件為簡支,，試驗(yàn)采用堆載的方式進(jìn)行加載。試驗(yàn)前按照設(shè)計(jì)的加載制度稱量好10個(gè)沙袋，每袋重20 N,，逐袋進(jìn)行放置,，本試驗(yàn)分為11級進(jìn)行加載。在試驗(yàn)過程中為了模擬均布荷載作用,，需要在龍骨上放置木板,，以便在木板上均勻放置沙袋，本試驗(yàn)選用18 mm厚的板來放置沙袋,。試驗(yàn)采用對稱加載的方式,，第1級加載為木板，第2級加載位于板中心處,，第3級加載位于板的左側(cè),，第4級加載位于板的右側(cè)，第5級加載位于板的中心處上方,，第6級加載位于板中心處下方,，第7級加載位于板的右上角，第8級加載位于板的左下角,，第9級加載位于板的左上角,，第10級加載位于板的右下角,第11級加載于中心處。逐級加載如圖4所示,。

注：圖中數(shù)字表示加載順序,。
圖4　加載示意

1.4　測點(diǎn)布置

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康模枰獪y試主,、副龍骨撓度,。龍骨的變形主要通過位移計(jì)來測量，本試驗(yàn)中使用兩個(gè)位移計(jì),，其中位移計(jì)1布置在主龍骨跨中與副龍骨連接部位,，用來測量主龍骨的位移。位移計(jì)2布置在中間的副龍骨跨中,，用來測量副龍骨的位移,，數(shù)據(jù)整理時(shí)，兩個(gè)位移計(jì)的讀數(shù)之差即為副龍骨的實(shí)際位移,。利用靜態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行應(yīng)變和撓度的數(shù)據(jù)采集,。靜態(tài)應(yīng)變儀和位移計(jì)，如圖5所示,。應(yīng)力和應(yīng)變主要是靠粘貼在主龍骨和副龍骨跨中外部表面的應(yīng)變片來測量,，應(yīng)變片粘貼位置如圖6所示。

a—靜態(tài)應(yīng)變儀;b—位移計(jì),。
圖5　靜態(tài)應(yīng)變儀和位移計(jì)

圖6　應(yīng)變片粘貼位置示意

2　試驗(yàn)現(xiàn)象與分析

通過對比可以看出,，在相同荷載情況下,，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器得出不考慮構(gòu)件初始缺陷的計(jì)算值比試驗(yàn)值小10%左右。

3　結(jié)束語

1)在正常使用情況下,，即主龍骨和副龍骨處于彈性階段時(shí),，在跨度小于1 200 mm范圍內(nèi)，主,、副龍骨不發(fā)生失穩(wěn),；在跨度大于1 200 mm的情況下，主龍骨發(fā)生彎扭失穩(wěn),，而副龍骨不發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象,。

2)通過試驗(yàn)得出龍骨在不同跨度下的力和位移曲線，與理論值吻合良好,。

參考文獻(xiàn)

[1]　蘇曉爽.裝飾施工中輕鋼龍骨石膏板吊頂?shù)馁|(zhì)量控制[J].中華建設(shè),2013(2):140-141.

[2]　夏禹,王玲.鋁扣板吊頂在廚衛(wèi)中的運(yùn)用[J].現(xiàn)代裝飾(理論),，2014(9):29.

[3]　佘健俊,陳禮靖,李梅.住房裝修一體化承發(fā)包模式選擇研究[J].工程管理學(xué)報(bào),2014(5):121-125.

[4]　GB/T 6397—1986　金屬拉伸試驗(yàn)試樣[S].

[5]　GB/T 228—2002　金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法[S].

[6]　韓林海.鋼管混凝土結(jié)構(gòu):理論與實(shí)踐[M].2版.北京：科學(xué)出版社，2007.

本試驗(yàn)是基于正常使用情況下,，即主龍骨和副龍骨處于彈性階段的鋼結(jié)構(gòu)建筑用輕鋼龍骨吊頂?shù)膿隙确治?。SJ-1和SJ-2由于跨度較小，試驗(yàn)過程中并無失穩(wěn)現(xiàn)象,，SJ-5和SJ-6卸載后有殘余變形,。SJ-3、SJ-4和SJ-7，由于跨度較大，其主龍骨發(fā)生彎扭失穩(wěn),。具體情況如下：SJ-3當(dāng)加載到第8級(360 N)時(shí)，主龍骨突然發(fā)生彎扭失穩(wěn)，如圖7所示,。原因主要是由于主龍骨與副龍骨連接處掛片導(dǎo)致主龍骨產(chǎn)生扭矩和偏心受壓,。SJ-4當(dāng)加載到第6級(360 N)時(shí)，主龍骨突然發(fā)生彎扭失穩(wěn),，說明主龍骨跨度達(dá)到1 800 mm時(shí)偏不安全,，建議實(shí)際工程中避免龍骨跨度達(dá)到1 800 mm；SJ-7當(dāng)加載到第5級(273.6 N)時(shí),，主龍骨突然發(fā)生彎扭失穩(wěn),，SJ-4、SJ-7失穩(wěn)的原因與SJ-3的相同,。副龍骨并無失穩(wěn)現(xiàn)象,，主要原因在于副龍骨翼緣兩端受力相等，無偏心受壓和扭矩作用,。為解決龍骨因扭矩和偏心受壓導(dǎo)致的突然失穩(wěn)問題,，應(yīng)該針對主、副龍骨連接處的吊件和掛件進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出更加合理的掛片形式,，盡量避免這種現(xiàn)象的發(fā)生,。

圖7　試件SJ-3失穩(wěn)

各試件中荷載和跨中撓度的關(guān)系曲線以及理論值如圖8所示。其中橫軸表示龍骨的跨中撓度,，縱軸表示在龍骨上加的荷載,。SJ-1和SJ-2在加載過程中處于彈性階段，因此卸載后沒有殘余變形,。SJ-5和SJ-6雖然沒有發(fā)生彎扭失穩(wěn),，但是由于荷載卸載之后出現(xiàn)殘余變形，說明已進(jìn)入塑性階段,。

EXPERIMENTAL STUDY ON DEFLECTION OF CEILING LIGHT STEEL KEEL

Zhang Zhuangnan　Bai Jingshuai　Li Guochang　Tan Zhendong

(Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China)

ABSTRACT：Light steel keel has been widely used in practical engineering because of light weight, high strength and convenient construction. In order to provide the test basis for the research of deflection limit of ceiling light steel keel, a total of 7 ceiling light steel keels with two cross sections of U38 and C50 were tested. Using the span of main and deputy keels as the main variable parameters, the failure mode and load-deflection curve of specimens with different spans were studied in this paper. The span of the keel should not be exceed 1 200 mm in engineering owing to main keel was prone to instability while the deputy keel was stable. In addition, the theoretical values were in a good agreement with the test results.

KEY WORDS：light steel keel; ceiling; deflection; experimental study

DOI:10.13206/j.gjg201602013

收稿日期：2015-11-06

*“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAJ13B05),。

第一作者：張壯南，女,，1977年出生,，博士，副教授,。

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